干冰大炮

段玉佩

干冰大炮爽又酷，能学知识还消暑。

清凉一夏感谢谁？二氧化碳顯神威！

夏季持续的高温已让人觉得有些难以忍耐，而秋老虎的厉害也时刻提醒我们午时要注意防晒降温。如果有一种既能降温消暑又能学习科学知识的游戏，那就太好了！干冰大炮绝对不会让你失望——它可以喷出凉爽的空气，可以呈现出神秘的旋涡，可以练习射击瞄准，还蕴含着深奥的科学原理。而你需要的材料，依然普通而又常见。

实验材料

一个一次性塑料杯子（纸杯子也可以，但塑料杯的耐久度更好）、一个封口袋、常温水、干冰、取用干冰的厚手套、裁纸刀、一枚5角人民币硬币

实验步骤

一只手拿好一次性塑料杯，将其翻过来，底面朝上。将5角人民币硬币放置在底面的中央，固定好，然后用裁纸刀沿着硬币的边缘进行剪切，在剪切的过程中保证边缘越圆润越好。

把切好底面的塑料杯翻过来，将封口袋平铺，直接套在塑料杯的口上。用皮筋将封口袋固定好后，再用剪刀将多余的封口袋部分剪掉，这就是干冰大炮的“炮筒”主体了。

将60毫升温水从“炮筒”底部切开的圆孔处倒入，这就相当于在倒火药。接下来，就是至关重要的环节，放置“炮弹（即干冰）”了。记住：买来的干冰绝对不要直接用手触碰，需要戴一个加厚的手套才能接触干冰。戴着加厚手套选取小块的干冰，放入“炮筒”。

一切就绪，现在就看我们什么时候需要开炮了。这个时候，我们可以尝试练习一下瞄准：从大炮“炮筒”的中轴线延伸出去，就是大炮的准线。也可以尝试点燃一支蜡烛或者放置一些纸屑，我们可以把蜡烛的火焰和地面上的纸屑作为靶子来练习瞄准和射击。

一手握住“炮筒”，另一手的手指弹击塑料封口带，观察“炮孔”——用裁纸刀沿着硬币裁出的那个圆孔——白色的环状云雾喷薄而出，滚动向前，如果可以吹熄蜡烛和吹散纸屑，我们的干冰大炮就制作成功了。

实验原理

干冰大炮实际上是一个“旋涡发生器”，仔细观察大炮喷出来的环状云雾，你会发现，它是一个滚动中不断前进的平展圆环。为什么会出现这样的现象呢？原来，当我们拍击封口袋时，就压缩了塑料杯的体积，变小的“炮筒”内部的气流被压缩了，形成了更高的压强，迫使多余的气体要从“炮口”排出。当空气在离开“炮口”时，“炮口”中央的空气运行速度要高于“炮口”周边的速度，这个速度差会让气流形成旋涡。这个空气旋涡一般情况下肉眼是看不到的，但干冰在升华时，会产生清晰可见的白气，让旋涡可见，形成滚动的“环状云雾”就这样被我们发现了。

干冰是固体二氧化碳，这是在超低温下将二氧化碳进行压缩制成的一种固体，在室温条件下，它会直接从固态变为气态的二氧化碳，我们称之为升华。这个过程，是没有水分产生的，但空气中的水分在接触到干冰时，会凝集、产生可见的水雾。所以，我们肉眼中看到的那个白色的环状云雾，也就是二氧化碳和水蒸气的混合体了。

实验升级

如果尝试增大炮筒，那么干冰大炮的威力就可以增强，先在图纸上设计一下你的升级版大炮，看看需要哪些材料，再动手试一下！提醒一下，干冰的升华过程，会带走大量的热量，那怎样利用升级版的干冰大炮给朋友们带来凉爽呢？